荧光光纤传感器

荧光光纤传感器是什么

荧光光纤传感器由荧光光纤探头、光纤、光纤转换器等构成。光纤在整个装置中的作用有几种情况。对可进行直接测量的场合(即被测物能直接发光),光纤头裸露,直接受光;对需要间接测量的场合(被测物质与相应的试剂作用后才能发出荧光),要在光纤端部进行试剂固定化工作。试剂的固定化有多种形式,一种方法是将试剂先固定于载体上(如放在聚合物基质上或置于半透膜之后),然后载体再粘附到光纤端部。也可以采用适当的工艺将试剂直接固定于光纤端部。光纤本身主要是起着受光、传光的作用(目前用于荧光测试的传感器基本属于这种类型。传输光纤可由两条或多条光纤组成光纤束,激发光可经由光纤接收。为降低耦合损耗及噪声干扰,也有考虑将光源、探测器及放大器均置于探头内部,以达到提高灵敏度的目的。

荧光光纤传感器除保留了荧光检测方法的优点外,还显示了光纤传感方法的优势。这种新型传感器的与传统的荧光方法相比较,具有如下几个特点:

(1)由于探头直接探入待测液中,因而能提高接收信号的能力,减少光散射损失,对环境的敏感性降低,能克服浓度过大引起内滤效应及自吸收效应。

(2)不需要参考电极,实现小型化,操作简便。

(3)抗干扰能力强,绝缘性能好,能在较恶劣的环境里工作。

(4)灵敏度及选择性都很高,能较快而准确地得出测量结果。

以上这些特点使得人们对开发荧光光纤传感器表现了浓厚的兴趣。

荧光光纤传感器的发展特点及应用前景

从已做过的研制工作及发表文献来看,这种新传感方法的发展趋势有如下一些特点:

(1)许多研究工作都把注意力集中于用光纤传感器来实现遥感测量。这是最能体现光纤优越性的一个领域。已有人利用光纤探头深入到地表以下50m处检测碳氢化合物类物质发出的微量荧光,也有深入到水下几十米深进行探测的实验。为了监测地下水的污染状况,有人使用了具有双重遥测功能(强度与寿命)的荧光光纤传感器。为了扩大使用范围,还出现可调谐波长的激光系统与光纤相结合实现远距离测量,针对恶劣的环境气氛(如有毒性、腐蚀性等)也出现了能进行遥测的荧光传感器。从发展的趋势看,在环境的选择性测量中,荧光光纤传感器会受到更多的重视。

荧光光纤传感器用于实时、现场的检测并提高其可靠性。例如已研制了监测对维持生命有重要作用的生物量的浓度以及它们的新陈代谢状态的光纤荧光光谱仪,对生物体重要参数的测量也取得了进展。作为现代检测技术的发展方向,这种传感器对在线测量是大有作为的。

荧光光纤传感器以其独特的优点,在许多方面都能得到应用。尤其在一些极端的环境及条件下都能够正确地进行测试。例如,可以对极低浓度的物质(如荷尔蒙、类固醇等)测量;对极微小体积样品的检测(如上面介绍的亚微米范围);在低温条件下测量荧光强度及寿命;可以在超临界流体中检测荧光;以每秒120～ 500个样品的速率进行高速检测等等。

随着科学技术的发展,生产实践对测试技术的要求也在提高,荧光光纤传感器在近十多年来的进展已表现了强大的生命力,随着对其研究的深入,应用范围必将进一步扩大。这门检测技术的发展,涉及了多学科领域的知识,可以预计,荧光光纤传感器必将成为最富有吸引力的传感器技术之一。